Геномы загадочных лопатоногих моллюсков проливают свет на раннюю эволюцию моллюсков

Точные филогенетические деревья — основа эволюционной и сравнительной биологии. Однако почти одновременное появление основных типов животных и разнообразных планов строения тела во время Кембрийского взрыва создаёт большие трудности для восстановления глубоких родственных связей Metazoa.

Это особенно актуально для второго по величине типа — Mollusca, чьи основные линии возникли в кембрийский период. Разнообразная летопись окаменелостей, крайний морфологический разброс среди восьми ныне живущих классов и серьёзные противоречия между филогенетическими гипотезами, основанными на палеонтологических, морфологических и молекулярных данных, мешают пониманию филогении моллюсков.

Недавно исследователи из Китая, США и Великобритании впервые секвенировали геномы Scaphopoda, или «лопатоногих моллюсков» — одних из самых редких и малоизученных представителей Mollusca. Они обнаружили беспрецедентно древнюю неполную сортировку линий (incomplete lineage sorting, ILS), произошедшую во время раннего ветвления моллюсков.

Эти находки дают новое понимание ранней эволюции моллюсков и объясняют, почему установление родственных связей между классами моллюсков было серьёзной проблемой для эволюционных биологов.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Разрешение давнего спора

Учёные разрешили давние дебаты относительно филогенетического положения Scaphopoda. Лопатоногие демонстрируют мозаику морфологических и эмбриологических черт, сходных с другими линиями: щупальца, напоминающие руки головоногих, уникальный способ образования раковины, похожий на таковой у двустворчатых, и частично редуцированная голова, которая, по-видимому, представляет промежуточное состояние между двустворчатыми («безголовыми») и брюхоногими (с хорошо развитой головой).

Морфологи по-разному интерпретировали эти черты как доказательство различных конфликтующих гипотез. Филогеномные исследования до сих пор не могли уверенно определить положение Scaphopoda в дереве моллюсков, что делало его филогенетическое размещение главным вопросом.

Однако, приняв во внимание древнюю ILS, текущее исследование разрешило спор. Оно показало, что Scaphopoda является сестринской линией по отношению к Bivalvia (концепция Diasoma). Эта гипотеза была впервые предложена на основе морфологии 50 лет назад, но до сих пор не поддерживалась молекулярно-филогенетическими исследованиями.

Последствия для палеонтологии и эволюции

Это открытие, вместе с тщательным анализом молекулярных часов, заставляет пересмотреть интерпретацию многих важных, но спорных кембрийских окаменелостей, показывающих сходство как с двустворчатыми, так и с лопатоногими. Например, сжатые с боков раннекембрийские окаменелости Anabarella, Watsonella и Mellopegma теперь предлагается рассматривать как стволовых диасом. Это также даёт важное понимание того, как эволюционировали уникальные планы строения тела лопатоногих и двустворчатых.

«Наша работа касается давно оспариваемого филогенетического положения Scaphopoda и может революционизировать понимание ранней эволюции моллюсков», — сказал доктор Сун Хао из Института океанологии Китайской академии наук (IOCAS), первый автор исследования.

Исследование указывает, что влияние ILS в контексте восстановления радиаций кембрийского возраста недооценено. Это призывает к изучению древней ILS в контексте других трудноразрешимых узлов в глубокой филогении Metazoa.